DE3234299C2

DE3234299C2 - Method for surface hardening of workpieces and device for carrying out the method

Info

Publication number: DE3234299C2
Application number: DE19823234299
Authority: DE
Inventors: Franz Josef 5820 Gevelsberg Overkott
Original assignee: Firma Paul Ferd Peddinghaus
Current assignee: Firma Paul Ferd Peddinghaus
Priority date: 1982-09-16
Filing date: 1982-09-16
Publication date: 1984-07-05
Also published as: DE3234299A1

Abstract

Bei einem Verfahren zum Oberflächenhärten von Werkstücken und der Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens wird die zu härtende Werkstückoberfläche zunächst auf Härtetemperatur erwärmt und dann mit Hilfe eines relativ schwach wirkenden Abschreckmittels unter den Martensitpunkt abgekühlt. Um ein möglichst rißfreies Härteergebnis und einen möglichst gleichmäßigen Spannungszustand nach dem Härten zu erzeugen und dadurch den Härteverzug auf ein Minimum zu beschränken, wird das Werkstück nach Unterschreiten des Martensitpunktes mit einem Schroffer als das Abschreckmittel wirkenden Kühlmittel zum Einstellen der Temperaturverteilung des Ausgangszustandes behandelt.In a method for surface hardening of workpieces and the device for carrying out the method, the workpiece surface to be hardened is first heated to hardening temperature and then cooled below the martensite point with the aid of a relatively weak quenching agent. In order to produce a hardening result that is as crack-free as possible and as uniform a state of stress as possible after hardening and thereby to limit the hardening distortion to a minimum, the workpiece is treated with a coolant that acts as the quenching agent to set the temperature distribution of the initial state after falling below the martensite point.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Oberflächenhärten von Werkstücken aus Stahl, insbesondere von Zahnrädern, bei dem die zu härtende Werkstückoberfläche zunächst auf Härtetemperatur erwärmt und dann mit Hilfe eines relativ schwach wirkenden Abschreckmittels gerade ausreichend schnell zum Erreichen der zum Unterschreiten des Martensitpunkts kritischen Abkühlgesschwindigkeit behandelt wird. Das Verfahren dient insbesondere zum progressiven Härten von Zahnrädern und ähnlichen Werkstücken mit nacheinander zu behandelnden, relativ nahe benachbarten Härtezonen; der Einfachheit halber wird im folgenden jedoch häufig nur von der Härtung von Zahnrädern gesprochen. Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens.The invention relates to a method for surface hardening of workpieces made of steel, in particular of gears, in which the workpiece surface to be hardened is first heated to hardening temperature and then with the help of a relatively weak deterrent just fast enough to achieve the critical cooling rate for falling below the martensite point is treated. That The method is used in particular for the progressive hardening of gears and similar workpieces one after the other relatively closely adjacent hardening zones to be treated; for the sake of simplicity, in the following however, we often only speak of the hardening of gears. The invention also relates to a device to carry out the procedure.

Aus der britischen Offenlegungsschrift 20 73 255 ist bereits ein Glühverfahren mit gestufter Abkühlung bekannt, bei dem ein legierter Stahl nach einem Glühen bei 800 bis 1200⁰C auf eine Temperatur von 400 bis 560⁰C und danach mit einem schroffer wirkenden Abkühlungsmedium abgekühlt wird, um sowohl Oberflächenfehler als auch ein Verziehen zu vermeiden.From British Offenlegungsschrift 20 73 255. annealing with stepped cooling is already known in which an alloyed steel is cooled after annealing at 800 to 1200 ⁰ C to a temperature of 400 to ⁰ 560 C, and thereafter with a rugged acting cooling medium to avoid both surface defects and warping.

Beim progressiven Härten von Zahnrädern mit Induktions- oder Flammenerwärmung entstehen bei gleichzeitigem Austenitisieren und Härten der Zahnlfikken bei unmittelbar nachfolgender Abschreckbrause Temperaturverteilungen im Umfeld der Härtezonen, die dem bereits vorhandenen Temperaturfeld überlagert werden. Das gilt vor allem, wenn beim progressiven Härten von Zahnrädern mit Induktions- oder Flammenerwärmung auch die Zahnlücke mit austenitisiert und damit gehärtet werden soll.
Während der Vorschubbewegung des Zahnrades zum Energieübertrager mit nachfolgender Abschreckbrause entstehen beim Härten der ersten Zahnlücke praktisch gleichmäßige Erwärmmgsverteilungen, die mit abnehmender Temperatur ins Innere des zu härtenden Werkstückquerschnitts eindringen. Bedingt durch den kontinuierlich fortschreitenden Arbeitsvorgang ergeben sich außerdem in Richtung der — vorzugsweise vertikalen — Vorschubbewegung laufend veränderte Erwärmungszonen. Beispielsweise ist die schon aus Zeitgründen besonders bei größeren Zahnbreiten und damit verbundenen größeren Härtewegen zwangsläufig entstehende Vorwärmung vor der eigentlichen Austenitisierungszone am Beginn der Härtezone anders ausgebildet als an deren Ende. Hinzu kommt dann beim Härten der zweiten Zahnlücke ein unvollständiges Härtebild bedingi durch die Wärme, die sich im Restquerschnitt des zuerst gehorteten Zahnes befindet. Das hat zusätzlich zu den eigentlichen Härtespannungen Ausdehnungsspannungen mit häufiger Rißbildung zur Folge.
Zum Vermeiden der Härte- und Ausdehnungsspannungen sowie der unsymmetrischen Erwärmung müssen daher sowohl für die eindringende Wärmeenergie als auch für die bereits unterhalb der Erwärmungszone im Werkstückinnern befindliche Wärme eine möglichst gleichmäßige Verteilung sichergestellt werden. Um das zu erreichen ist bereits versucht worden, beim Zahnradhärten immer eine Lücke zu überspringen und das Werkstück praktisch zweimal um 360° im Rhythmus des zweiten Modules zu teilen.
Zur Erhöhung der Dauerfestigkeit von Zahnrädern wird vielfach der Zahngrund mitgehärtet. Die besten Ergebnisse in diesem Sinne werden bei einer Härte von 45 bis 50 HRC ca. 2 mm unter der Zahngrundoberfläche erreicht Zum leichteren Erzielen der notwendigen Eindringtiefe werden legierte Vergütungsstähle eingesetzt.During the progressive hardening of gears with induction or flame heating, with simultaneous austenitizing and hardening of the tooth surfaces with the immediately following quenching spray, temperature distributions arise in the vicinity of the hardening zones, which are superimposed on the already existing temperature field. This is especially true when, during the progressive hardening of gears with induction or flame heating, the tooth gap is also to be austenitized and thus hardened.
During the feed movement of the gear to the energy transmitter with the subsequent quenching spray, practically uniform heat distributions arise when the first tooth gap is hardened, which penetrate into the interior of the workpiece cross-section to be hardened as the temperature decreases. As a result of the continuously progressing work process, there are also continuously changing heating zones in the direction of the - preferably vertical - feed movement. For example, the preheating that inevitably occurs for reasons of time, especially with larger tooth widths and associated larger hardening paths, is designed differently before the actual austenitizing zone at the beginning of the hardening zone than at its end. In addition, when the second tooth gap is hardened, there is an incomplete hardness pattern due to the heat that is in the remaining cross-section of the tooth that was first hardened. In addition to the actual hardening stresses, this results in expansion stresses with frequent cracking.
In order to avoid the hardening and expansion stresses as well as the asymmetrical heating, a distribution as even as possible must be ensured for the penetrating thermal energy as well as for the heat already below the heating zone inside the workpiece. To achieve this, attempts have already been made to always jump over a gap when hardening the gear and to divide the workpiece practically twice by 360 ° in the rhythm of the second module.
To increase the fatigue strength of gears, the tooth base is often hardened at the same time. The best results in this sense are achieved with a hardness of 45 to 50 HRC approx. 2 mm below the tooth base surface. Alloyed heat-treated steels are used to make it easier to achieve the necessary penetration depth.

Diese Werkstoffe sind leichter zu härten und lassen sich zum Erzielen der vorgeschriebenen Härtewerte ohne Schwierigkeiten auch milder abschrecken als mit Wasser oder einer Emulsion. Als Abschreckmittel wird daher vielfach Preßluft mit einem Druck von 2 bis 6 bar benutzt. Zum Erreichen der vorgesehenen Härtewerte ist dabei lediglich notwendig, die Abschreckgeschwindigkeit und die Intensität so einzuregeln, daß die kritische Abkühlgeschwindigkeit zum Unterschreiten des Martensitpunktes gerade eben erreicht wird. Eine so geringe Wärmeabfuhr hat aber den Nachteil, daß Ausdehnungsspannungen durch die verbleibende größere Restwärme zunehmen und daß auch durch das Eindringen der Erwärmung in den Werkstückquerschnitt völlig unkontrollierbare Wärnieverteilungen im Werstückinnern auftreten.These materials are easier to harden and can be used to achieve the prescribed hardness values without Also deter difficulties more mildly than with water or an emulsion. As a deterrent is therefore often compressed air with a pressure of 2 to 6 bar is used. To achieve the intended hardness values it is only necessary to regulate the quenching speed and the intensity so that the critical Cooling speed to fall below the martensite point is just reached. One like that but low heat dissipation has the disadvantage that expansion stresses due to the remaining greater Increase residual heat and that completely due to the penetration of the heating into the workpiece cross-section uncontrollable heat distributions occur in the interior of the workpiece.

Ein Problem besteht also darin, daß einerseits beim Erwärmen der Härtezone zu den Nachbarbereichen geleitete Wärmeenergie beim Abschrecken mit DruckluftOne problem is that, on the one hand, the hardening zone is heated to the neighboring areas Thermal energy when quenching with compressed air

nur ungenügend zu beseitigen ist, andererseits aber das Abschrecken mit Druckgas zum Vermeiden von Wärmespannungen und sich daraus ergebenden Härterissen und sonstigem Verzug an sich wünschenswert ist Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, ein möglichst gleichmäßiges ständiges Terr.peraturfeld zum Ausgangspunkt des Härtens und damit einen für jede zu härtende Zahnflanke u. dgl. gleichmäßigen Ausgangszustand einzustellen, so daß entsprechend geringe und gleichmäßige Spannungsverteilungen mit der Folge eines geringen Verzugs erreicht werden.can only be removed insufficiently, but on the other hand that Quenching with compressed gas to avoid thermal stresses and the resulting hardening cracks and other delay is desirable per se. The invention is accordingly based on the object of a Constantly constant terrestrial temperature field as uniform as possible to the starting point of hardening and thus one for everyone set hardening tooth flank and the like. Uniform initial state, so that correspondingly low and uniform stress distributions with the consequence of a low distortion can be achieved.

Für das Verfahren zum Oberflächenhärten eingangs genannter Art, bei dem die zu härtende Werkstückoberfläche zunächst auf Hänetemperatur erwärmt und dann mit Hilfe eines relativ schwach wirkenden Abschreckmittels gerade ausreichend schnell zum Erreichen der zum Unterschreiten des Martensitpunkts kritischen Abkühlgeschwindigkeit behandelt wird, besteht die erfindungsgemäße Lösung darin, daß nach Unterschreiten des Martensitpunkts die Temperaturverteilung des Ausgangszustandes des Werkstücks durch Beaufschlagen mit einem schroffer als das Abschreckmittel wirkenden Kühlmittel im wesentlichen wieder eingestellt wird. Vorzugsweise werden dabei gleichzeitig die Außenseiten der an den Härtebereichen angrenzenden Zonen, insbesondere die Zahnflanken, während des Härtens, d. h. während des Erhitzens und während des Abschrekkens, gekühlt.For the method of surface hardening of the type mentioned at the beginning, in which the workpiece surface to be hardened first heated to hanging temperature and then with the help of a relatively weak detergent just fast enough to reach the critical cooling rate for falling below the martensite point is treated, the solution according to the invention is that after falling below of the martensite point is the temperature distribution of the initial state of the workpiece by subjecting it to a more harsh effect than the quenching agent Coolant is essentially adjusted again. The outsides are preferably at the same time the zones adjacent to the hardness areas, especially the tooth flanks, during hardening, d. H. during heating and during quenching, cooled.

Im Unterschied zu einem Härteverfahren mit gebrochenem oder unterbrochenem Abschrecken, nach dem in den verschiedensten Variationen zum Abschrecken beispielsweise Schnellarbeitsstähle zunächst in einem Salzbad und anschließend an ruhiger Luft bis zum eigentlichen Härten weiter abgeschreckt werden, betrifft die Erfindung vielmehr eine sich an das vollendete Härten anschließende Nachbehandlung zum Wiederherstellen möglichst gleichmäßiger Spannungszustände im jeweiligen Werkstück. Sie findet vorzugsweise Anwendung bei solchen Werkstücken, die progressiv, z. B. von unten nach oben, gehärtet werden, und bei denen am Umfang in gleichmäßigen Abständen verteilt, die eigentlichen Härtezonen nebeneinanderliegen sowie — etwa beim Härten von Zahnlücken — sich in gleichmäßigen Abständen ungleichmäßige Querschnitte wiederholen. Hierbei erfolgt erfindungsgemäß das eigentliche Härten in milde abschreckender Preßluft, und erst am Ende einer Härtezone also nach Abschluß des Abschreckens wird die Abschreckvorrichtung — gewissermaßen in atypischer Anwendung — mit einem Kühlmedium beaufschlagt, das schneller als das vorher benutzte Abschreckmittel abkühlt (aber nicht abschreckt), um nun den zuvor erwärmten Querschnitt des Werkstücks wieder auf die Ausgangs- bzw. Raumtemperatur zu bringen.In contrast to a hardening process with broken or interrupted quenching, after in the most diverse variations for quenching, for example high-speed steels initially in one Salt bath and then in calm air until the actual Hardening are quenched further, the invention rather relates to a hardening process that is completed Subsequent post-treatment to restore the most uniform possible tension in the respective Workpiece. It is preferably used for workpieces that are progressive, e.g. B. from bottom up, hardened, and where the circumference is evenly spaced, the actual The hardening zones lie next to each other and - for example when hardening tooth gaps - are evenly spaced Repeat distances of uneven cross-sections. According to the invention, the actual process takes place here Hardening in mildly quenching compressed air, and only at the end of a hardening zone after quenching has been completed the quenching device is - in an atypical application, so to speak - with a cooling medium that cools (but does not quench) faster than the previously used quenchant to the previously heated cross-section of the workpiece now approaches the starting or room temperature again bring.

Gemäß weiterer Erfindung wird zum Durchführen des Verfahrens eine Vorrichtung verwendet, die eine wahlweise, insbesondere nach einem vorgegebenen Programm, mit gasförmigem und flüssigem Kühlmittel, insbesondere Druckluft oder Wasser, zu beschickende Abschreckbrause aufweist. Hiernach kann durch elektrisches oder mechanisches Schalten dieselbe Abschreckvorrichtung mit zwei verschiedenen Medien beschickt werden. Das erste Medium dient zum Abschrekken und Erzielen der geforderten Randschichthärte, wobei die Abkühlgeschwindigkeit so groß sein muß, daß der Martensitpunkt gerade mit ausreichender Geschwindigkeit unterschritten wird. Das zweite Medium dient dann nach erreichter Randschichthärte nur noch dazu, die Temperaturverteilung des Ausgangszustands wiederherzustellen und zu egalisieren.According to a further invention, a device is used for performing the method, which one optionally, in particular according to a specified program, with gaseous and liquid coolant, in particular compressed air or water, has to be charged quenching shower. According to this, by electrical or mechanical switching loads the same quenching device with two different media will. The first medium is used to quench and achieve the required surface hardness, whereby the cooling rate must be so great that the martensite point just with sufficient speed is fallen below. The second medium is then only used after the hardness of the surface layer has been reached to restore and equalize the temperature distribution of the initial state.

Es kann noch zusätzlich die im Werkstück befindliche Restwärme zum Entspannen benutzt werden, indem nachfolgend zeitlich verzögert abgekühlt wird. Dieses Abkühlen wiederum soll vorzugsweise so lange durchgeführt werden, bis der gesamte zu härtende Werkstückkörper wieder auf die Ausgangstemperatur zurückgeführt worden ist.The residual heat in the workpiece can also be used for relaxation by is subsequently cooled down with a time delay. This cooling, in turn, should preferably be carried out for so long until the entire workpiece body to be hardened is returned to the starting temperature has been.

Anhand der schematischen Darstellung von Ausführungsbeispielen werden Einzelheiten der Erfindung erläutert. Es zeigtDetails of the invention are explained on the basis of the schematic representation of exemplary embodiments. It shows

F i g. 1 ein zu härtendes Werkstück im Querschnitt;F i g. 1 a workpiece to be hardened in cross section;

F i g. .2 bis 6 verschiedene Phasen des Härtevorgangs;F i g. .2 to 6 different phases of the hardening process;

F i g. 7 den Sollzustand des Werkstücks gemäß F i g. 1 nach dem Härten;F i g. 7 shows the target state of the workpiece according to FIG. 1 after hardening;

F i g. 8 bis 11 prinzipiell auftretende Verformungen oder Spannungen des Werkstücks bei den Härtephasen nach F i g. 2 bis 5;F i g. 8 to 11 deformations that occur in principle or stresses in the workpiece during the hardening phases according to FIG. 2 to 5;

Fig. 12 bis 14 aufeinanderfolgende Phasen des längs der Werkstückbreite kontinuierlich fortschreitenden Härtens;12 to 14 successive phases of the progressing continuously along the width of the workpiece Hardening;

Fig. 15 die Kühlung der Außenflanken einer Zahnlücke mit einem flüssigen Abschreckmittel bei gleichzeitigem Abschrecken der Härtezone; und15 shows the cooling of the outer flanks of a tooth gap with a liquid quenching agent while quenching the hardening zone; and

Fig. 16 das Prinzip einer Schaltung zum wahlweisen bzw. programmierten Umschalten der Abschreckbrause von Preßluft auf Kühlflüssigkeit.16 shows the principle of a circuit for optional or programmed switching of the quenching shower from compressed air to cooling liquid.

F i g. 1 zeigt einen Ausschnitt eines zu härtenden Werkstücks mit sich senkrecht zur Zeichenebene erstreckenden Zähnen 11 und 12 mit dazwischenliegender Zahnlücke 13 mit Zahngrund 14. Die Zahnlücke 13 hat die Breite A, die Zähne 11 und 12 haben die Breite B und die Höhe H. F i g. 1 shows a section of a workpiece to be hardened with teeth 11 and 12 extending perpendicular to the plane of the drawing with an intervening tooth gap 13 with a tooth base 14. The tooth gap 13 has the width A, the teeth 11 and 12 have the width B and the height H.

Es sei angenommen, die Zahnlücke 13, bestehend aus den Seiten 15 und 16 mit der Höhe H und dem Zahngrund 14 mit der Breite A, sei zu härten. Dazu wird zunächst gemäß F i g. 2 die Energie E möglichst gleichmäßig dem Querschnitt zugeführt. Wenn es sich um den Beginn der Härtung handelt, bauen sich dabei gleichmäßige Temperaturfelder entsprechend den mit 8, 5 und 3 bezeichneten Linien auf. Wird nun, nachdem bis zur Temperaturfeldlinie 8 austenitisiert wurde, die Energie Egemäß Fig.3 gleichmäßig wieder abgeführt, so verbleibt im Querschnitt eine entsprechend gleichmäßig verteilte Restwärme mit den Temperaturfeldlinien 0,5; 1 und 2. Beim Härten der nächsten Zahnlücke 17 gemäß Fig. 4 wird nun ähnlich wie in Fig. 2 zunächst wieder Energie E zugeführt. Das Temperaturfeld 8, 5, 3 kann sich aber nur in dem nächstbenachbarten Zahn 18 nicht aber im Zahn 12 aufbauen, weil in diesem das noch vorhandene Temperaturfeld 2, 1 und 0,5 zu dem neuen Energieangebot zu addieren ist. Es wird also ein ungleichmäßiges Temperaturfeld aufgebaut, das entsprechend der Austenitisierungszone 19 bei der Abfuhr der Energie £ ungleichmäßige Einhärtetiefen zur Folge hat. Fig. 5 zeigt, daß im rechten Zahn 18 etwa das gleiche Temperaturfeld wie in F i g. 3 aber im linken Zahn 12 ein demgegenüber stark verschobenes Temperaturfeld resultiert. It is assumed that the tooth gap 13, consisting of the sides 15 and 16 with the height H and the tooth base 14 with the width A, is to be hardened. For this purpose, according to FIG. 2 the energy E is supplied to the cross-section as evenly as possible. When hardening begins, uniform temperature fields are built up according to the lines marked 8, 5 and 3. If, after austenitizing up to the temperature field line 8, the energy E according to FIG. 3 is dissipated again uniformly, a correspondingly evenly distributed residual heat with the temperature field lines 0.5 remains in the cross section; 1 and 2. When the next tooth gap 17 according to FIG. 4 is hardened, energy E is first supplied again in a manner similar to that in FIG. The temperature field 8, 5, 3 can only build up in the next adjacent tooth 18 but not in tooth 12, because in this the still existing temperature field 2, 1 and 0.5 must be added to the new energy supply. An uneven temperature field is thus built up which, corresponding to the austenitizing zone 19, results in uneven hardening depths when the energy is dissipated. FIG. 5 shows that the temperature field in the right tooth 18 is approximately the same as in FIG. 3, however, the temperature field in the left tooth 12 is strongly shifted.

Um ein stabiles Temperaturfeld zu erhalten, können gemäß F i g. 6 die beiden der zu härtenden Zahnlücke 17 gegenüberliegenden bzw. abgewandten Zahnflanken 20 und 21 sorgfältig und gleichmäßig gekühlt werden. Die Kühlmenge und der Kühldruck sowie die Kühlrichtung beeinflussen dabei das Ergebnis maßgeblich.In order to obtain a stable temperature field, according to FIG. 6 the two of the tooth gaps 17 to be hardened opposing or facing tooth flanks 20 and 21 are carefully and evenly cooled. the The amount of cooling and the cooling pressure as well as the cooling direction have a decisive influence on the result.

F i g. 7 zeigt den Sollzustand der Geometrie des nunmehr die Härtezone 19 aufweisenden Werkstücks ee-F i g. 7 shows the target state of the geometry of the workpiece now having the hardening zone 19.

2020th

maß Fig. 1. Bedingt durch die Energiezufuhr E nach Fig. 2 ergibt sich durch die Wärmedehnung aber eine Verformung der Werkstückoberfläche nach F i g. 8. Aus der Sollbreite A 1 der Zahnlücke 13 wird an der Außenkante die Breite A 2. Bei der Energieabfuhr E nach Fig. 3 entsteht ferner gemäß F i g. 9 eine bleibende Formänderung, die durch das größere Volumen des martcnsitischen Gefüges bedingt ist, so daß die Zahnlükke 13 an der Spitze nicht die Sollbreite A J sondern die Breite A 3 erhält. Wenn die angegebenen Breitenänderungen nicht auftreten, bilden sich jedenfalls entsprechende vom Werkstoff aufzunehmende Spannungen aus.1. Due to the energy supply E according to FIG. 2, the thermal expansion results in a deformation of the workpiece surface according to FIG. 8. The desired width A 1 of the tooth gap 13 becomes the width A 2 at the outer edge. In the case of the energy dissipation E according to FIG. 3, furthermore, according to FIG. 9 a permanent change in shape, which is due to the larger volume of the Martcnsitischen structure, so that the tooth gap 13 at the tip does not have the desired width A J but the width A 3. If the specified changes in width do not occur, the material will in any case develop corresponding stresses to be absorbed.

Die ungleichmäßige Energiezufuhr nach F i g. 4 bedingt eine entsprechend ungleichmäßige Spannung oder Werks!ückverformung gemäß F i g. !0; d. h. an der Spitze hat die Zahnlücke 13 nicht die Breite A 1 sondern sogar die Breite A 4. Eine wesentliche Abhilfe würde an dieser Stelle auch nicht eintreten, wenn die eine Außenflanke 22, die bereits gehärtet war, mit zusätzlichem Kühlmittel 23 beaufschlagt würde, da sich dann ungleichmäßige Spannungszustände ausbildeten, die zu einer Rißbildung führen können, da sich der Werkstoff kinetisch bewegt. Analog F i g. 5 ergäbe sich dann gemäß F i g. 11 bei der Wärmeabfuhr eine ungleichmäßige Bewegung und Verformung des Werkstoffs bei ungleichmäßigen Härtetiefen, so daß die Spaltbreite A wiederum eine maßgebliche Änderung auf Λ 5 erführe.The uneven energy supply according to FIG. 4 causes a correspondingly uneven tension or factory deformation according to FIG. ! 0; ie at the top the tooth gap 13 does not have the width A 1 but even the width A 4. A significant remedy would not occur at this point if the one outer flank 22, which was already hardened, were exposed to additional coolant 23, since then uneven stresses developed, which can lead to the formation of cracks, since the material moves kinetically. Analogous to FIG. 5 would then result according to FIG. 11 an uneven movement and deformation of the material in the case of heat dissipation with uneven hardness depths, so that the gap width A in turn undergoes a significant change to Λ 5.

Bei der vorstehenden Betrachtung ist zu beachten, daß das, Härten kein statischer sondern in der Praxis ein kontinuierlich über die zu härtende Werkstoffbreite fortschreitender, dynamischer Vorgang ist. Drei Phasen der kontinuierlich fortschreitenden Progression des Härtens vor; unten nach oben werden in den F i g. 12 bis 14 schematisch dargestellt. Die insgesamt mit 24 bezeichnete Härteeinrichtung besteht im Ausführungsbeispiel aus einem Induktor 25 mit umgebendem, konzentrischem Magnetfeld 26 und einer nachfolgenden Abschreckbrause 27, aus der beim Härten ein kontinuierlicher Druckluftstrom 28 auf die Härtezone geblasen wird. Bei diesem kontinuierlich fortschreitenden Vorgang entsteht an der Werkstückoberfläche die Härtezone 29. Um das Maß des mechanischen Verzugs des Werkstücks möglichst gering zu halten, werden die beiden der gerade zu härtenden Zahnlücke 30 benachbarten Außenflanken 31 und 32 gemäß Fig. 15 mit einstellbaren bzw. gesteuerten Zusatzkühlaggregaten 33 (vgl. die Kühlmittel nach Fig.6) sorgfältig mit einem flüssigen Kühlmittel behandelt, während die eigentliche Härtezone 29 mit PreO'luft, z. B. unter einem Druck von 0,5 bis 6 bar, überkritisch abgekühlt, d. h. abgeschreckt chen gleichmäßiges Temperaturfeld zum Ausgangspunkt der Härtung erhalten, wenn die normale Abschreckbrause 27 nach Erreichen der oberen Position (an der Werkstückoberkante 34) gemäß F i g. 14 oder 16 anstelle mit Preßluft, insbesondere bei automatischer Umschaltung mit Kühlflüssigkeit beschickt wird, um das zu hartende Werkstück und die zu härtende Stelle immer wieder auf die Ausgangstemperatur zurückzubringen und um immer wieder temperaturstabilisierte, gleichmäßige Ausgangspositionen zu schaffen.When considering the above, it should be noted that hardening is not static but in practice is a continuously progressing, dynamic process across the width of the material to be hardened. Three phases the continuously progressive progression of hardening; from bottom to top are shown in FIGS. 12 to 14 shown schematically. The hardening device denoted as a whole by 24 exists in the exemplary embodiment from an inductor 25 with a surrounding, concentric magnetic field 26 and a subsequent quenching shower 27, from which a continuous stream of compressed air 28 is blown onto the hardening zone during hardening will. During this continuously progressing process, the hardening zone is created on the workpiece surface 29. In order to keep the degree of mechanical distortion of the workpiece as low as possible, the two the tooth gap 30 to be hardened adjacent outer flanks 31 and 32 according to FIG. 15 with adjustable or controlled additional cooling units 33 (cf. the coolant according to FIG. 6) carefully with a liquid Treated coolant, while the actual hardening zone 29 with PreO'luft, z. B. under a pressure of 0.5 up to 6 bar, supercritically cooled, d. H. deterred from the uniform temperature field to the starting point the hardening obtained when the normal quenching shower 27 after reaching the upper position (at the upper edge of the workpiece 34) according to FIG. 14 or 16 instead of compressed air, especially with automatic Switching is charged with coolant to keep the workpiece to be hardened and the area to be hardened to bring it back to the starting temperature and to keep temperature-stabilized, to create uniform starting positions.

In F i g. 16 wird das Schaltprinzip für die Abschreckbrause 27 zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt. Die Zuleitung 35 der Abschreckbrause 27 besitzt hiernach zwei alternativ zu öffnende Zuführungsleitungen 36 und 37, die mit entsprechend alternativ zu öffnenden Ventilen 38 bzw, 39 ausgestattet sind. Beispielsweise kann über das Ventil 38 Preßluft 40 und über das Ventil 39 Kühlwasser 41 zur Abschreckbrause 27 geleitet werden.In Fig. 16 is the switching principle for the quenching shower 27 for carrying out the invention Procedure shown. The supply line 35 of the quenching shower 27 has two alternatively openable Supply lines 36 and 37, which are equipped with valves 38 and 39, respectively, which can be opened accordingly are. For example, compressed air 40 via valve 38 and cooling water 41 via valve 39 to the quenching shower 27 are directed.

Die Zeit der Rückkühlung richtet sich nach Form und Größe der jeweiligen Härtefläche und kann entsprechend unterschiedlich sein. Nach Ablauf der Kühlzeit fährt die Härteeinrichtung 24 in die unterste Position gemäß Fig. 12 der nächsten Zahnlücke zurück und die Zufuhr des Kühlwassers zur Brause 27 über das Ventil 39 wird abgeschaltet, sowie die Brause selbst durch öffnen des Ventils 38 freigeblasen. Anschließend wiederholt sich das Härten mit Abschrecken sowie das nachfolgende Kühlen in der beschriebenen Weise. Durch die erfindungsgemäße Doppelfunktion der Abschreckbrause als eigentliches Abschreckmittel und als nachgeschaltete Kühleinrichtung wird jederzeit zu Beginn des Härtevorgangs bei dem jeweils nächsten Zahn eine gleichmäßige und immer gleiche Wärmeverteilung erreicht und damit der Härteverzug auf ein Minium beschränkt sowie ein rißfreies Härteergebnis erzielt.The recooling time depends on the shape and size of the respective hardening surface and can be adjusted accordingly be different. After the cooling time has elapsed, the hardening device 24 moves to the lowest position 12 of the next tooth gap and the supply of the cooling water to the shower 27 via the valve 39 is switched off and the shower itself is blown free by opening valve 38. Then repeated hardening with quenching and subsequent cooling in the manner described. Through the Dual function of the quenching shower according to the invention as the actual quenching agent and as a downstream The cooling device is always at the beginning of the hardening process with the next tooth in each case a uniform and the same heat distribution is always achieved and the hardening distortion is thus limited to a minimum and a crack-free hardening result is achieved.

Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings

4040

4545

5050

An der oberen Werkstückkante 34 nach Fig. 14 erfolgt vorzugsweise eine ruckartige Vorschubbewegung nach oben bei gleichzeitigem Abschalten der Energiezufuhr des Induktors 25, um ein Überhitzen dieser Kante zu verhindern. Die Härteeinrichtung 24 fährt dann wieder nach unten und der Arbeitstakt wiederholt sich in der nächsten Lücke.At the upper workpiece edge 34 according to FIG. 14 takes place preferably a jerky upward feed movement while switching off the energy supply of the inductor 25 to prevent overheating of this edge. The hardening device 24 then moves back down and the work cycle is repeated in the next gap.

Zum einen bedingt durch das Preßluftabschrecken und zum anderen bedingt durch die Restwärme im Werkstück würde nun ein Wärmespannungszustand in der gehärteten Lücke 30 verbleiben und sich gemäß F i g. 4 und 5 ein nach den Seiten hin unterschiedliches Temperaturfeld aufbauen, auch wenn die Zusatzküh- es lung 33 gemäß Fig.6 oder 15 auf beiden Seiten eingeschaltet istOn the one hand due to the compressed air quenching and on the other hand due to the residual heat in the Workpiece would now remain in a state of thermal stress in the hardened gap 30 and accordingly F i g. 4 and 5 build up a different temperature field on the sides, even if the additional cows ment 33 according to Figure 6 or 15 switched on on both sides is

Erst erfindungsgemäß wird ein ständig im wesentli-Only according to the invention is a constantly essentially

Claims

Patent claims:

1. Process for surface hardening of workpieces made of steel, in particular of gears, characterized in that the surface heated to the hardening temperature initially with a mild quenching agent to below the martensite point and then with a more rugged one Coolant is cooled.

2. The method of claim 1, wherein the heat and quenching devices are guided over the workpiece surface in sections directly one after the other, characterized in that the supply of heat is switched off and at the end of the respective hardening zone is switched from the quenchant to the more harsh coolant.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that when hardening an approximately horizontal lying gear, the respective tooth gap is hardened from bottom to top and then immediately from the quenching device switched from the quenching function to the cooling function is essentially cooled to the initial temperature distribution and that after that the next following adjacent tooth gap is hardened again from bottom to top.

4. The method according to one or more of claims 1 to 3, characterized in that the quenching device the hardness function is switched to the cooling function under program control.

5. The method according to one or more of claims 1 to 4, characterized in that the outside of the zones adjoining the hardening area are cooled during hardening.

6. Device for performing the method according to one or more of claims 1 to 5, characterized by a quenching shower that can be charged with either gaseous or liquid coolant (27).

7. Apparatus according to claim 6, characterized in that the quenching shower (27) is arranged in a stationary manner is.